[發(fā)明專利]基于相位模型的艦船線譜噪聲源位置識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310068552.1
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103176163A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊益新;徐靈基
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S1/76
• 分類號: G01S1/76
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種艦船線譜噪聲源位置識別方法，涉及信號處理、水聲測量等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

艦船輻射噪聲的總聲級取決于所有輻射噪聲源，主要的噪聲源來源于艦船的主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)、螺旋槳、輔機(jī)機(jī)械系統(tǒng)和航行時產(chǎn)生的水動力效應(yīng)。其中，由輔機(jī)機(jī)械的往復(fù)運動引起的線譜噪聲具有頻率低、穩(wěn)定性強(qiáng)和功率相對較高等特點，其攜帶著艦船重要的特征信息，可被遠(yuǎn)距離探測，是水聲設(shè)備探測艦船的關(guān)鍵。降低艦船噪聲不僅可以有效地減小艦船航行對海洋生物的噪聲影響，同時也有利于提高裝備在艦船上的各種水聲設(shè)備的性能。因此，艦船降噪成為艦船聲學(xué)設(shè)計的迫切任務(wù)，而精確識別艦船上主要噪聲源的位置為艦船的聲學(xué)設(shè)計提供了參考，同時也可為探尋研究艦船內(nèi)部機(jī)械的振動機(jī)理提供重要依據(jù)。

以往對艦船輻射噪聲的測量主要利用其通過特性來實現(xiàn)。在進(jìn)行輻射噪聲測量時，被測艦船做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測量水聽器并由近及遠(yuǎn)離開測量水聽器，在這個過程中測量水聽器記錄被測艦船輻射噪聲的聲壓級（或功率譜級）與測量水聽器相對位置的對應(yīng)關(guān)系，一般稱之為艦船輻射噪聲的通過特性。利用水下測距信息與輻射噪聲同步記錄的方法可得到艦船部位與輻射噪聲信號對應(yīng)的通過特性曲線。艦船輻射噪聲通過特性包括總聲級通過特性，1/3oct頻帶級通過特性和線譜通過特性?？偮暭壨ㄟ^特性曲線的最大值對應(yīng)于艦船總聲級最大的位置，而1/3oct頻帶聲壓級和線譜通過特性則反映不同頻率的噪聲級和被測艦船不同位置的關(guān)系。把測量水聽器與船體上某一個參考位置的關(guān)系確定，那么在空間（或時間）上，測量數(shù)據(jù)與船體部位就形成了一一對應(yīng)關(guān)系，它反映了艦船通過測量水聽器時，聲壓沿艇體的分布。通過對縱向通過特性分析，可得到不同頻帶噪聲級與艇體部位的對應(yīng)關(guān)系，為確定艦船的噪聲源位置提供了一種方法。利用艦船通過特性識別艦船線譜噪聲源位置的方法，測試簡單但是噪聲源位置識別精度不理想。

時勝國（時勝國，郭小霞，王佳典，等.矢量陣測量統(tǒng)計最優(yōu)近場聲全息的運動聲源識別方法與實驗研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2010,31(7):888-894.）、陳夢英（陳夢英，商德江，李琪，等.運動聲源的邊界元聲全息識別方法研究[J].聲學(xué)學(xué)報,2011,36(5):489-495.）利用近場聲全息法識別運動聲源的位置和能量，在水池試驗條件下取得較理想的效果，但該類方法測量數(shù)據(jù)需要水聽器測點較多，且要求測量面與被測目標(biāo)距離小于聲波的波長，較難應(yīng)用于實際的水下運動噪聲源識別。徐靈基（Xu?Ling-ji,Yang?Yi-xin,and?Tian?Feng.Doppler?method?for?identification?of?noise?sources?on?underwater?moving?target[C].In:Asia-Pacific?Signal?and?Information?Processing?Association?Annual?Summit?and?Conference2011,Xi’an,2011,83-88.）提出利用多普勒頻移方法來識別水下運動目標(biāo)低頻線譜聲源的位置，取得了一定的效果。嚴(yán)光洪（嚴(yán)光洪，陳志菲，孫進(jìn)才.運動目標(biāo)噪聲源識別方法[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2009,27(3):378-381.）、時潔（時潔，楊德森，時勝國.基于最差性能優(yōu)化的運動聲源穩(wěn)健聚焦定位識別方法研究[J].物理學(xué)報,2011,60(6):1-11.）、王志偉（王志偉，徐靈基，楊益新等.直線陣識別水下運動目標(biāo)噪聲源方法研究[J].振動與沖擊，2012；31(19)：118-122.）利用聲聚焦陣列的高分辨技術(shù)來測量水下運動目標(biāo)的噪聲源，定位精度較高。然而對于艦船上的低頻線譜聲源，上述方法需要的陣列孔徑太大，且對陣列布放的形狀要求嚴(yán)格，較難應(yīng)用于實際的艦船輻射噪聲測試中。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)采用艦船通過特性法對艦船線譜噪聲源位置識別精度低的不足，本發(fā)明利用被測艦船與測量水聽器相對運動形成的多普勒信號的相位特性，在僅使用單個水聽器的測量條件下，實現(xiàn)對艦船線譜噪聲源位置的識別。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

1）在艦船上任意位置L_c處布放一個水聲同步定位儀作為信標(biāo)源，艦船以速度ν做勻速直線航行，由遠(yuǎn)及近接近測量水聽器并由近及遠(yuǎn)離開測量水聽器，測量水聽器與艦船運動軌跡的正橫距離為R₀，在這個過程中測量水聽器接收艦船輻射的聲信號，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號s(t),0＜t≤T，t表示時間，T表示數(shù)據(jù)記錄的時間長度；